Проектирование яхт для любительской постройки. Типы яхтенных килей. Построение теоретического чертежа яхты

Продолжение. Предыдущая страница здесь.

Ходовые качества яхты на лавировке в значительно большей степени зависят от удлинения и профиля киля, чем от обводов подводной части корпуса. Для создания достаточного сопротивления дрейфу важна не общая площадь проекции ДП, а та часть ее, помещенная в киле, плавнике и руле, которая наиболее эффективно работает в качестве своеобразного крыла. Высокое аэродинамическое качество киля достигается при отношении длины киля к его ширине около единицы. Конфигурация киля должна быть такой, чтобы центр давления на него воды находился возможно ближе к ватерлинии. От положения центра давления зависит величина плеча кренящего момента силы сопротивления дрейфу и давления ветра на паруса. В этом смысле выгодна трапециевидная форма киля с большим основанием у ватерлинии.

Сопротивление килей и плавников оказывается минимальным при толщине их поперечного сечения 12-13% ширины и профиле сечения, напоминающем сечение симметричного крыла. Однако авиационные профили дают почти вдвое большую подъемную силу при незначительном увеличении индуктивного сопротивления. Поэтому, чтобы получить несимметричный профиль киля, его иногда выполняют отдельно от пера руля, а кормовую кромку делают поворотной (наподобие элерона у крыла самолета). Это позволяет уменьшить площадь киля до минимума. При обычном устройстве киля можно получить эффект несимметричного профиля, положив на курсе бейдевинд руль на подветер около 5°.

Основные конструктивные типы килей представлены на рис. 10. Тип 1 — брусковый киль — наименее эффективен; площадь боковой проекции ДП должна быть достаточно большой, что увеличивает водоизмещение и смоченную поверхность. Тип 2 — обеспечивает большую быстроходность, но редко применяется любителями из-за сложности изготовления поясьев обшивки в районе шпунтового пояса (гарборда). Тип 3 — плавниковый киль — наиболее прост в изготовлении. Тип 4 — бульбкиль — может быть литым или сварной конструкции. Ниже будет рассмотрена конструкция этих типов килей, что позволит оценить возможность изготовления киля того или иного типа.

Рис. 10. Типы яхтенных килей 1 — брусковый киль; 2 — нормальный яхтенный киль; 2 — плавниковый киль (финкель); 4 — бульбкиль.

Одновременно с выбором типа киля определяют способ навешивания руля. Рули наиболее распространенных типов показаны на рис. 9. Площадь пера руля должна быть равна 8,5-12,5% площади диаметральной плоскости. Для яхт с длинной килевой линией и большой площадью ДП принимается меньшее значение, чем для яхт с рулем, стоящим отдельно от киля. Отдельный от киля руль рекомендуется устанавливать за плавником, площадь которого должна быть около половины площади руля. Отношение длины к ширине такого руля желательно не делать менее 1,5, так как при отклонении на 20-15° происходит срыв вихрей с руля, сопровождающийся падением подъемной силы и потерей управляемости яхты. Плавник увеличивает критический угол атаки и, кроме того, центр давления воды на руль перемещается ближе к баллеру.

Теперь получены все данные для того, чтобы начертить обвод ДП на боковой проекции. При расположении узких килей следует соблюдать особую осторожность, так как их положение по длине зависит от положения центра парусности и центра тяжести яхты. Поэтому желательно составить предварительный чертеж парусности, по которому можно заранее определить положение ее центра.

Линия борта на боку определяется высотой надводного борта и седловатостью палубы. Нормальная седловатость палубы имеет вогнутость; минимальная высота надводного борта расположена на 1/3 длины яхты от транца, высота борта в носу — увеличена на две меры седловатости, а в корме — на одну меру. Палуба без седловатости выполняется в виде прямой линии с наклоном в корму. И, наконец, может быть принята седловатость с обращенной вверх выпуклостью линии борта и наибольшей высотой борта в носовой трети длины яхты. При достаточной высоте надводного борта профиль и величина седловатости влияют главным образом на внешний вид судна и высоту внутренних помещений, о чем и следует помнить при их выборе.

Теперь можно приступить к вычерчиванию характерных линий корпуса на полушироте. Для округлых обводов это будут линии палубы и ватерлиния, для остроскулых — линия палубы и скула. Коэффициент полноты ватерлинии яхт обычно находится в пределах 0,65-0,75, а центр ее площади смещается несколько в корму от мидель-шпангоута. Это смещение, так же как и смещение центра величины, для швертботов обычно больше, чем для килевых яхт, так как первые более чувствительны к весу людей, находящихся в кокпите. Носовая ветвь КВЛ должна быть достаточно заострена (20-28° на борт); в этом случае носовые шпангоуты получаются острыми, что дает преимущество при лавировке на волнении.

Ширина по скуле зависит от развала бортов на миделе. Для обеспечения хорошей остойчивости на больших углах крена достаточен развал 10-13°. На проекции бока линия скулы должна погружаться под воду на миделе и не слишком круто подниматься к корме. В носу принимается один из указанных на рис. 8 способов притыкания днища к форштевню. Для облегчения постройки следует избегать резких изгибов скулы в разных плоскостях.

Проектируя линию палубы, необходимо позаботиться о хорошем развале носовых шпангоутов, от чего в большой степени зависит всхожесть судна на волну. Швертбот без подреза килевой линии в носу и с прямым штевнем не может иметь большого развала носовых шпангоутов, иначе возникнут осложнения при подгонке досок обшивки к штевню.

Обвод миделя круглоскулой яхты может быть двух типов (см. рис. 10). Как уже отмечалось, тип 3 более прост в постройке и по ходкости не уступает второму типу. На крупных яхтах обвод мидель-шпангоута в надводной части выполняется с небольшим завалом внутрь. На маленькой яхте лучше делать борт в нижней части отвесным или слегка наклонным наружу.

Шпангоуты оконечностей почти всегда лучше делать V-образными, чем U-образными. Последние подвергаются сильным ударам на волне и при них ухудшается ходкость яхты (когда волна замывает свесы и происходит резкое увеличение смоченной поверхности). Кормовые шпангоуты не должны быть слишком широкими, чтобы яхта при крене не дифферентовалась на нос.

Все большее распространение для постройки корпусов любительских судов получает водостойкая фанера, свойства которой необходимо учитывать при построении обводов. Дело в том, что фанера практически не имеет свойств пластичности. Поэтому невозможно изготовить достаточно большие листы обшивки с двойной кривизной, как это делают при изготовлении металлических судов. Обводы фанерной яхты должны быть такими, чтобы лист обшивки свободно подтягивался к шпангоутам, а это значит, что борта и днище должны представлять собой поверхности, развертывающиеся на плоскость.

Из геометрии известно, что на плоскость можно развернуть поверхность, образующие которой представляют собой прямые линии. Такими поверхностями являются конус и цилиндр. Коническая поверхность задается на чертеже положением вершины, из которой лучами расходятся образующие, и конфигурацией направляющей. Цилиндрическая поверхность характеризуется положением образующей и формой направляющей линий. Все образующие цилиндрической поверхности должны быть параллельны между собой.

При проектировании мелких судов направляющей является скуловая линия, которая и вычерчивается в соответствии с данными выше рекомендациями на проекциях бока и полушироты. На полушироте задается линия шпунта, а на боку — линия пересечения палубы и борта. При построении поверхности днища на боку определяется линия шпунта, а при построении поверхности борта на полушироте находится линия палубы.

Из комбинации цилиндрических поверхностей могут проектироваться обводы простейших яхт и швертботов «дори». Цилиндрические поверхности дают мало вариаций обводов, так как углы образующих с плоскостями проекций постоянны. В простейшем виде можно получить цилиндрические обводы днища и бортов, сделав соответствующие ветви шпангоутов параллельными между собой на проекции корпус,— см. например, кормовые шпангоуты борта и днище яхты-компромисс на рис. 2. В этом случае шпангоуты будут состоять из отрезков прямых линий, а изгиб листа обшивки будет происходить в плоскости, перпендикулярной образующим.

Конические поверхности дают больше вариаций обводов благодаря тому, что угол образующих с плоскостями проекций переменный и зависит от положения вершины. По коническим поверхностям с одной вершиной удобно проектировать яхты с одинаковым характером очертаний носа и кормы. Обводы транцевых яхт обычно проектируются по нескольким сопряженным коническим или по сопряженной конической и цилиндрической поверхностям. Конические обводы применяются для бортов и днища носовой оконечности, где требуется обеспечить подъем скулы и развал надводного борта. В кормовой оконечности линии скулы и батоксов имеют более плавный подъем и поэтому здесь удобнее применить цилиндрические обводы.

Построение обводов фанерных яхт производится методом, с сущностью которого лучше всего ознакомиться на конкретном примере.

Построение теоретического чертежа фанерной яхты длиной 5,8 м следует начать с проведения на проекциях бока линий КВЛ и скулы, на полушироте — линии шпунта и ДП (рис. 11). Линия скулы, являющаяся направляющей для построения поверхностей днища и борта, вычерчивается на обеих проекциях. Так как очертания килевой линии в большой степени определяют характер яхты, предварительно наметим эту линию и линию шпунта на боку. Теперь необходимо подобрать такую коническую поверхность, чтобы проекция линии шпунта на боку возможно точнее совпала с желаемой. Поскольку выбраны обводы днища со значительным подъемом скулы у форштевня, то их можно развернуть по двум сопрягающимся коническим поверхностям. Вершина одной из них, охватывающей корпус от шп. 2 до ахтерштевня, располагается на (0,3-0,4) L_max в корму от миделя, на расстоянии 3-5 ширин по скуле от ДП и на высоте 0,1-0,25L над скулой. Точное положение вершины определяется подбором в несколько последовательных приемов.

Рис 11. Построение теоретического чертежа яхты с обшивкой из фанеры. увеличить, 1500х1157, 93,2 КБ

Проекции b и b' вершин А и А' лежат на одном перпендикуляре к ДП. Проводя через вершину лучи, пересекающие линию скулы, находят поверхность днища, а точки пересечения этих лучей с плоскостями батоксов, ватерлиний и шпунта будут точками соответствующих линий теоретического чертежа. Например, луч ad пересекает плоскости батоксов и шпунта в точках, проекции которых на полушироте будут а', b', с', d'. На боку проекции этих точек находят на пересечении перпендикуляров к основной b'b, с'с, d'd с проекцией луча. Подобным же образом пересечение луча с плоскостью ватерлинии на боку проектируется на полушироту (точки е и е'). Сделав такие построения для ряда лучей, получают серию точек, принадлежащих теоретическим линиям, что позволяет провести на боку линии батоксов и шпунта, а на полушироте — ватерлинии.

При выбранном положении вершины А обводы батоксов и киля получат очень крутой вход в воду, что может оказаться нежелательным как с точки зрения обеспечения мореходных качеств, так и по эстетическим соображениям; поэтому в носу применяется поверхность с новым положением вершины А1, Условие сопряжения двух конических поверхностей будет выполнено, если одна образующая принадлежит обеим поверхностям, а направляющая, т. е. скула, имеет плавный изгиб. Положение вершины находят на проекциях крайнего луча Af, точка f которого является последней точкой, совпадающей с намеченной линией шпунта на боку.

Построение теоретического чертежа из развертываемых поверхностей требует опыта, практических навыков и способности анализировать изменение обводов яхты при изменении положения вершин образующих обводы конусов. Координаты последних могут быть заданы весьма приближенно, поскольку они зависят от размерений и характера обводов яхты. Чем выше подъем скулы в носу, тем ниже располагается вершина. При длинном кормовом свесе вершина располагается ближе к миделю.

Если после построения килевой линии окажется необходимым поднять ее к КВЛ, следует отодвинуть вершину в плане от ДП, оставив неизменной ее высоту над КВЛ. При этом шпангоуты носовой оконечности получат большее заострение у киля. Если же необходимо поднять килевую линию в средней части, а шпангоутам носа дать большее углубление, увеличивается высота вершины над КВЛ. Такой же эффект дает смещение вершины в нос.

При любом перемещении вершины следует помнить, что проекции ее на полушироте и боку должны лежать на одном перпендикуляре к основной линии, а вершины смежных конических поверхностей должны лежать на общей образующей.

Подобным образом строится и поверхность борта. Поскольку в носу требуется больший развал надводного борта, чем на миделе, носовая часть борта строится по конической поверхности, а кормовая — по цилиндрической. Направляющей также служит скуловая линия; линия пересечения палубы с бортом задается на боку построением седловатости надводного борта, а на полушироте находится построением, осуществляемым рассмотренным выше способом. По длине вершину располагают около плоскости мидель-шпангоута, по высоте — под скулой на расстоянии около одной длины яхты и на расстоянии 2-2,5 ширины по скуле от ДП. Для построения линии борта на полушироте из проекций вершины проводят лучи и точки пересечения лучей с линией борта на боку сносят на соответствующие лучи на полушироте.

Построенные на боку и полушироте теоретические линии переносят затем на корпус, где по точкам батоксов, ватерлиний, скулы и линии борта могут быть построены шпангоуты.

Ряд практических советов по составлению теоретического чертежа вы найдете в популярной брошюре Ф. М. Шедлинга «Теоретический чертеж мелких судов», изданной Судпромгизом в 1959 г.

При построении теоретического чертежа невозможно обойтись без простейших расчетов нагрузки водоизмещения и посадки яхты. Общие способы таких расчетов излагаются в курсах корабельной архитектуры. Вкратце они рассмотрены в упомянутой брошюре Ф. М. Шедлинга. Однако особенности обводов яхт требуют введения в расчеты специфических для проектирования яхт коэффициентов, рекомендации по выбору которых приводятся далее.

Водоизмещение и положение центра величины по длине удобно вычислять, построив строевую по шпангоутам, т. е. кривую площадей шпангоутов. Площадь строевой будет соответствовать водоизмещению, а абсцисса ее центра тяжести — абсциссе центра величины яхты. Отношение площади строевой по шпангоутам к площади прямоугольника, сторонами которого являются наибольшая ордината строевой и длина яхты по КВЛ, будет являться призматическим коэффициентом полноты корпуса, от величины которого существенно зависит ходкость яхты. Этот коэффициент характеризует распределение водоизмещения по длине. Рекомендуется принимать его значение для швертботов в пределах 0,53-0,60; для компромиссов 0,50-0,54 и для килевых яхт 0,52-0,54.

Ходовые качества яхты при крене зависят от симметрии носовой и кормовой частей надводного объема. Если эта симметрия нарушена, яхта при крене получит нежелательный дифферент на нос или на корму, в зависимости от того, какие объемы полнее — кормовые или носовые.

По значению призматического коэффициента, изменяющегося в сравнительно узких пределах, можно определить площадь мидель-шпангоута до построения теоретического чертежа по формуле

S = V / Lφ,

где V и φ — водоизмещение и призматический коэффициент.

Наиболее выгодное в смысле ходкости положение центра величины для яхт — на расстоянии 0,52-0,55L в корму от нулевого шпангоута. Для легких швертботов ЦВ смещается дальше в корму, так же как и центр площади КВЛ, для компенсации веса команды в кокпите.

При расчете водоизмещения малых яхт должен приниматься во внимание объем плавников и рулей. Строевая по шпангоутам должна иметь плавные очертания.

Водоизмещение и посадка яхты по КВЛ должны соответствовать нагрузке яхты с полными расходуемыми запасами (топливо, вода и провизия), но без команды на борту. Следует проверить также посадку яхты с полной нагрузкой и порожнем.

Если такие расчеты покажутся вам сложными и утомительными, расположите центр тяжести фальшкиля в нос от ЦВ яхты на 1,5% длины по КВЛ. Следует помнить, что ошибка в определении положения центра тяжести балласта, приводящая к дифференту на нос, легче исправима. Во-первых, яхту обычных обводов легче дифферентовать на корму, чем на нос, а во-вторых, в корме всегда найдется место для укладки дополнительного выравнивающего балласта и лежать он будет ниже, чем в носу.

В случае, если водоизмещение яхты по чертежу значительно отличается от заданного или ЦВ не лежит в указанных пределах, необходимо исправить площадь шпангоутов и добиться соответствия... дальше>>>

В раздел «Мотолодки, катера, яхты — разное, обзоры, советы»

Наш Telegram-канал: https://t.me/motolodki_katera. Присоединяйтесь!

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

добавить страницу в избранное